50ohm-contents-dl/contents/sections/oscillator_pll.md

En faslåst slinga (PLL) kan till exempel synkronisera en variabel och potentiellt instabil VCO med en stabil referensoscillator (G). Den jämför då de båda signalernas faser och justerar VCO:n så att en stabil utfrekvens uppstår. Inom amatörradio används PLL:er framför allt för stabil och exakt frekvensalstring i sändare och mottagare, till exempel för kanalval, för att alstra blandningsfrekvenser och för att synkronisera oscillatorer.

En PLL består i huvudsak av följande komponenter:

• Fasdetektor: Jämför faserna hos signalerna från VCO:n och referensoscillatorn.
• Lågpassfilter: Omvandlar de pulser som fasdetektorn alstrar till en likspänning.
• VCO: Alstrar utsignalen, vars frekvens styrs av likspänningen från lågpassfiltret.

Som tillval kan PLL:en kompletteras med en frekvensdelare, för att synkronisera VCO:ns frekvens på multipler av referensfrekvensen.

[picture:45:a_oszillator_pll:Återgivning av en faslåst slinga (PLL)]

---

Fasdetektorn mäter fasskillnaden mellan signalerna från VCO:n (f_\mathrm{out}) och referensoscillatorn (f_\mathrm{ref}). Vid en fasavvikelse avger den pulser som motsvarar felet. Dessa pulser jämnas ut av lågpassfiltret och omvandlas till en proportionell likspänning. Likspänningen används som styrsignal till VCO:n och justerar dess frekvens, så att fasskillnaden stegvis minskar till noll. När detta tillstånd är uppnått säger man att PLL:en är ”inlåst” (locked), alltså i ett stabilt tillstånd. I PLL:ens stabila tillstånd är de båda signalernas frekvenser och faslägen identiska. Då gäller:

f_\mathrm{ref}=\frac{f_\mathrm{out}}{n}

Utfrekvensen är stabil och motsvarar i huvudsak referensfrekvensen eller multipler av den (beroende på frekvensdelarens valda delningsförhållande).

Funktionsprincipen blir tydlig med ett enkelt exempel i figur [ref:a_oszillator_pll]: Referensoscillatorn ger i punkt A en frekvens på f_\mathrm{ref}=\qty{10}{\mega\hertz}. VCO:ns utfrekvens delas i punkt C av frekvensdelaren med delningsförhållandet n=100. När PLL:en är inlåst, alltså i stabilt tillstånd, är frekvenserna i punkterna A och B lika. Därav följer för utfrekvensen:

f_\mathrm{out}=n\cdot f_\mathrm{ref}=100\cdot\qty{10}{\mega\hertz}=\qty{1}{\giga\hertz}

VCO:n alstrar alltså en frekvens på \qty{1}{\giga\hertz}, som frekvensdelaren delar ned till \qty{10}{\mega\hertz} och jämför med referensfrekvensen.

En PLL kan byggas analogt, digitalt eller som en blandform av båda teknikerna. I radioapparater kombineras ofta digitala fasdetektorer och frekvensdelare med ett analogt slingfilter och en analog VCO.

Noggrannheten och stabiliteten hos PLL:ens utfrekvens beror framför allt på referensoscillatorns kvalitet, som vanligen är en kristalloscillator.

För att ställa in en PLL på olika frekvenser kan man använda frekvensdelaren. Då blir det möjligt att alstra utfrekvensen som en heltalsmultipel av referensfrekvensen. Det minsta valbara frekvenssteget motsvarar referensoscillatorns frekvens, eftersom delningen bara kan ske i heltalssteg. I en FM-radio med kanalavstånd \qty{12,5}{\kilo\hertz} kan man därför använda en jämförelsefrekvens på \qty{12,5}{\kilo\hertz}. Om delningsförhållandet n ökas eller minskas med ett ändras utfrekvensen motsvarande \qty{12,5}{\kilo\hertz}. På så sätt kan PLL:en ställas in på de enskilda radiokanalerna.

För att vid en given referensfrekvens nå en viss utfrekvens väljs delningsfaktorn så att samma frekvens ligger på fasdetektorns båda ingångar. På så sätt kan man beräkna det delningsförhållande som behövs för önskad utfrekvens.